Thüringer Landesanstalt für Landwirtschaft Fakten und Grundsätze der landwirtschaftlichen Verwertung von Klärschlamm in Thüringen Vortrag zur gemeinsamen Fachtagung der IHK Erfurt/ Thüringer Ministerium für Landwirtschaft, Naturschutz und Umwelt/ Thüringer Bauernverband e. V. zum Thema Pro und Kontra der landbaulichen Verwertung von Serodüngern und Bodensubstraten am 31. März 2003 in Bösleben/Thüringen von Dr. Volkmar König, TLL Jena, Abteilung Untersuchungswesen
Thüringer Landesanstalt für Landwirtschaft Fachliche Positionen zur landwirtschaftlichen Klärschlammverwertung 1. Die landwirtschaftliche Klärschlammverwertung wird im Wesentlichen mit der Nutzung der enthaltenen Düngenährstoffe (N, P, K) und der Bodenverbesserung (C/ Huminbildung) begründet. Die landwirtschaftliche Klärschlammverwertung entspricht deshalb im Grundsatz der Zielsetzung des Kreislaufwirtschafts- und Abfallgesetzes. 2. Die Verwertung von Klärschlämmen auf landwirtschaftlichen Flächen muss ordnungsgemäß und gemeinwohlverträglich sein. Davon ist bei strikter Einhaltung der Klärschlammverordnung und der Grundsätze guter landwirtschaftlicher Praxis auszugehen. 3. Bei der landwirtschaftlichen Verwertung von Klärschlamm (Sekundärrohstoffdünger) sind auch die düngerechtlichen Regelungen zu beachten. Dazu gehört u. a., dass unter Berücksichtigung seines relativ hohen Stickstoff- und Phosphorgehaltes die Düngung mit Klärschlamm pflanzenbedarfsgerecht (Menge und Zeitpunkt) zu erfolgen hat. Auf landwirtschaftlichen Nutzflächen mit Düngebedarf kann Klärschlamm einen jährlich anrechenbaren Düngewert von bis zu 50 /ha haben.
Thüringer Landesanstalt für Landwirtschaft Fachliche Positionen zur landwirtschaftlichen Klärschlammverwertung 4. Die Landwirte sollten vorrangig regional anfallende Klärschlämme verwerten, deren gute Qualität (hohe Nährstoffgehalte, niedrige Schadstoffgehalte) durch das QLA-Gütesicherungssystem des VDLUFA oder ein äquivalentes Gütesicherungssystem zertifiziert ist. Das gilt auch für die unter Verwendung von Klärschlamm hergestellten Gemische mit pflanzlichen Kohlenstoffträgern (z. B. Komposte). 5. Der Landwirt muss zur Einhaltung der guten fachlichen Praxis bei der Verwertung organischer Düngestoffe beachten, dass der Einsatz der Wirtschaftsdünger stets den Vorrang vor der Klärschlammanwendung hat. 6. Die sachgerechte landwirtschaftliche Klärschlammanwendung ist ebenso wie die Verwertung anderer organischer Düngestoffe mit einem geringen Schwermetalleintrag sowie einem geringen Eintrag organischer Schadstoffe in die Böden verbunden. Eine Anhebung der Schwermetallgehalte ist analytisch nur bei wiederholter Klärschlammaufbringung über lange Zeiträume (> 10 Jahre) messbar. Einer Schadstoffanreicherung im Boden kann weiter entgegengewirkt werden, wenn Klärschlamm nur in großen Zeitspannen wiederholt auf die Flächen ausgebracht und dafür die gesamte geeignete Fläche im Landwirtschaftsbetrieb genutzt wird.
Thüringer Landesanstalt für Landwirtschaft Fachliche Positionen zur landwirtschaftlichen Klärschlammverwertung 7. Grundsätzlich wird die Entwicklung von effektiven Verfahren zur Nährstoffrückgewinnung aus Klärschlamm von der Landwirtschaft begrüßt. Die noch zu entwickelnden Verfahren müssen sich jedoch im Wettbewerb mit anderen Düngern insbesondere Mineraldünger rechnen. 8. Über die Klärschlammverwertung auf seinen Nutzflächen entscheidet allein der Landwirt. Er entscheidet auch, ob er sich im Rahmen von Abnahmeverträgen zu einem Verzicht der Klärschlammverwertung verpflichten will. Entsprechende Forderungen der Abnehmer sind häufig sachlich nicht begründet. Vielmehr stehen im Hintergrund oft Marketing-Gründe und die Sorge vor einer negativen Image-Entwicklung des eigenen Produktes.
Daten zur Klärschlammverwertung und - beseitigung
Klärschlammverbleib in den einzelnen Bundesländern 1998 Bundesland Insgesamt Trockenmasse (1000 t) stoffliche Verwertung thermische Beseitigung Deponie stoffliche Verwertung Anteil in % thermische Beseitigung Quelle: LESCH u. LOLL (2001): Aktuelle Klärschlammmengen und ihre Entsorgung in Deutschland und Europa Deponie Baden-Württernberg 322,8 218,7 57,3 34,3 68 18 11 Bayern 372,0 233,0 65,9 32,4 63 18 9 Berlin 57,3 13,8 43,5-24 76 - Brandenburg 85,9 72,0 1,0 1,2 84 1 1 Bremen 20,6 13,7-6,8 67-33 Hamburg 45,7-40,8-89 - Hessen 192,5 107,4 31,5 21,1 56 16 11 Mecklenburg-Vorpom 45,7 34,6-0,9 76-2 Niedersachsen 236,8 195,8 3,0 18,7 83 1 8 Nordrhein-Westfalen 635,4 246,4 131,0 66,5 39 21 10 Rheinland-Pfalz 106,9 82,0 6,3 6,2 77 6 6 Saarland 21,3 8,3 8,5 0,6 39 40 3 Sachsen 90,4 81,5 0,6 1,9 90 1 2 Sachsen-Anhalt 80,5 61,0 8,7 6,0 76 11 7 Schleswig-Holstein 116,3 85,8 2,1 6,1 74 2 5 Thüringen 84,3 62,0-6,5 74-8 Deutschland 2514,5 1516,1 400,1 209,3 60 16 8
Entwicklung der Klärschlammentsorgungswege in Thüringen (Anteile in %) Jahr 1991 1995 1998 2000 Landwirtschaftliche Verwertung 5 18 22 33 Rekultivierung 5 5 11 19 Kompostierung 25 41 61 41 Deponierung 65 36 6 3 Verbrennung 0 0 0 4 Quelle: SIPPEL, S. (Schriftenreihe WAR Nr. 132; 2001)
Anwendungsumfang Wert- und schadstoffseitige Qualität der Thüringer Klärschlämme
Klärschlammeinsatz in der Landwirtschaft Thüringens von 1997... 2001 Kennziffern 1997 1998 1999 2000 2001 KS-Einsatzfläche (ha) 2 504 2 075 2 376 2 847 2137 KS-Einsatzfläche in % der Ackerfläche 0,4 0,3 0,4 0,5 0,3 Ausgebrachte KS- Trockenmasse (t) 1147 8 958 1023 11579 9161 Anteil Thüringer Klärschlamms am Gesamtklärschlammeinsatz (%) 45,5 63,0 77,9 69,5 79,1
Mittlere Nährstoffgehalte landwirtschaftlich verwerteter Klärschlamme in Thüringen (Untersuchungszeitraum 1997...2001, n = 5040) Mittlere Nährstoffgehalte (% i. d. TM) Parameter Gehalt Org. Substanz 45,6 Gesamt-N 3,2 Ammonium-N 0,3 Phosphor (P) 1,7 Kalium (K) 0,3 Magnesium (Mg) 1,0 Kalk (Ca) 9,6
Mittlere Schadstoffgehalte landwirtschaftlich verwerteter Klärschlamme in Thüringen (Untersuchungszeitraum 1997...2001, n = 5040) Mittlere Schwermetallgehalte (mg/kg TM) Parameter Mittelwert Grenzwert Blei 64 900 Cadmium 1,2 10 Chrom 51 900 Kupfer 194 800 Nickel 29 200 Quecksilber 0,9 8 Zink 799 2500 Mittlere organische Schadstoffgehalte Parameter Mittelwert Grenzwert Maßeinheit AOX 178 500 mg/kg TM PCDD/-DF 12 100 ng TE/kg TM PCB Nr. 28 0,008 0,2 mg/kg TM 52 0,010 0,2 mg/kg TM 101 0,013 0,2 mg/kg TM 138 0,023 0,2 mg/kg TM 153 0,022 0,2 mg/kg TM 180 0,015 0,2 mg/kg TM
Mittlere Schadstoffgehalte in den Zeiträumen 1993...1996 und 1997...2001 Schadstoff Maßeinheit Grenzwert 1993... 1996 n=4807 1997... 2001 n=5040 Blei mg/kg TS 900 92 64 Cadmium mg/kg TS 10 1,5 1,2 Chrom mg/kg TS 900 66 51 Kupfer mg /kg TS 800 237 194 Nickel mg/kg TS 200 36 29 Quecksilber mg/kg TS 8 1,2 0,9 Zink mg/kg TS 2500 915 799 AOX mg/kg TS 500 190 178 Dioxine ng/kg TS 100 24 12 PCB Nr. 28 mg/kg TS 0,2 0,017 0,008 PCB Nr. 52 mg/kg TS 0,2 0,019 0,01 PCB Nr. 101 mg/kg TS 0,2 0,023 0,013 PCB Nr. 138 mg/kg TS 0,2 0,034 0,023 PCB Nr. 153 mg/kg TS' 0,2 0,033 0,022 PCB Nr. 180 mg/kg TS 0,2 0,023 0,015
Abb.: Mittlere Schadstoffgehalte der 1997 bis 2001 in der Landwirtschaft Thüringens eingesetzten Klärschlämme in Prozent zum Grenzwert (= 100) der AbfKlärV vom 15.04.1992 (n = 5 040 Klärschlammeinsatzflächen) 100 95 90 85 80 75 70 65 60 55 50 45 40 35 30 25 20 15 10 5 0 7 12 6 24 15 12 32 36 13 4 5 90. Percentil 7 12 11 7 Pb Cd Cr Cu Ni Hg Zn AOX PCB 28 PCB 101 PCB 153 Dioxine PCB 52 PCB 138 PCB 180
Anteil von Klärschlämmen mit Schwermetallgehalten entsprechender BMU-Grenzwertvorschläge (n=5040 Klärschlamm-Einsatzflächen im Zeitraum 1997...2001) BMU- Grenzwertvorschlag für Klärschlämme mg/kg TM Anteil von Klärschlämmen mit Schwermetallgehalten BMU- Grenzwertvorschläge % Schwermetall Sandböden Lehmböden Tonböden Sandböden Lehmböden Tonböden Blei 40 60 80 31 61 77 Cadmium 0,5 0,9 1,4 15 44 76 Chrom 25 45 75 15 56 90 Kupfer 50 70 80 1 3 6 Nickel 25 45 60 1 88 98 Quecksilber 0,2 0,5 0,8 12 29 49 Zink 330 390 450 10 16 19
Bedeutung der Klärschlamm-Nährstoffe für die Landwirtschaft
Düngewert von Klärschlamm im Zeitraum von 3 Jahren (5 t TM/ha * 3a) Nährstoff Parameter % i. d. TM kg/ha Düngewert 1) /ha Stickstoff (N) 3,5 61 2) 30 Phosphor (P) 1,5 75 70 Kalium (K) 0,4 20 6 Magnesium (Mg) 0,7 35 15 Kalk (Ca) 5,2 260 18 Gesamt 139 1) N: 0,49 /kg; P: 0,94 /kg; K: 0,31 /kg; Mg: 0,42 /kg; Ca: 0,07 /kg 2) Mittelfristige N-Mineralisierungsrate: 35 %
Bedeutung der Nährstoffe aus Klärschlamm für die thüringer Landwirtschaft Anteil (%) der Nährstoffe aus Klärschlamm am jährlichen Nährstoffbedarf bezogen auf die landwirtschaftliche Nutzfläche in Thüringen 4,0 3,6 Nährstoff-Zufuhr aus Klärschlamm %-Anteil am jährlichen Gesamtbedarf 3,5 3,0 2,5 2,0 1,5 1,0 0,5 0,1 1,7 0,3 0,2 0,0 N P K Mg Ca
Bedeutung der Nährstoffe aus Klärschlamm für die Thüringer Landwirtschaft Anteil (%) der Nährstoffe aus Klärschlamm am Nährstoffbedarf einer Fruchtfolge bezogen auf die Klärschlammanwendungsfläche in Thüringen 100 100 100 Nährstoff-Zufuhr aus Klärschlamm %-Anteil am Gesamtbedarf in der Fruchtfolge 90 80 70 60 50 40 30 20 10 44 4 45 0 N P K Mg Ca
Klärschlammanwendungsflächen in Thüringen differenziert nach der Nährstoffversorgung in den Böden sowie mittlere P- Düngemengen und spannen im Zeitraum 1997...2001 Gehaltsklasse (GHK) Düngebedarf im Vergleich zu GHK C Klärschlammanwendungsfläche ha P Zufuhr aus Klärschlamm (kg/ha und Jahr) Anteil an Gesamt Mittelwert Minimum Maximum A stark erhöht 639,1 5,1 25,6 3,2 76,5 B erhöht 4369,7 34,6 26,7 1,1 76,7 C Düngung nach Entzug 4538,8 35,9 26,9 0,9 76,7 D vermindert 3083,7 24,4 25,3 2,3 70,2 Gesamt 12631,3 100 26,4 2,0 75,1
Schwermetallproblematik
Übersicht zur differenzierten Risikobewertung von Schwermetallen Schwermetall Bodenschutz Pflanzenernährung Anhebung Bodengehalte Mobilität Qualität Nahrungspflanzen Risiko Cd möglich hoch gefährdet hoch Pb, Cr, Ni, Hg möglich minimal nicht gefährdet mittel Cu, Zn möglich, bei wird bei Düngungsbedarf Cu: gering Düngungsbedarf gefördert, ansonsten nicht Zn: hoch erwünscht gefährdet gering (Quelle: VDLUFA-Standpunkt: Nachhaltige Verwertung von Abfällen in der landwirtschaftlichen Pflanzenproduktion 10/2001)
Beitrag der Wirtschaftsdünger, Klärschlämme und Kompost an der Schwermetallfracht in Thüringen 100% Anteil (%) der org. Dünger an der Schwermetallfracht 80% 60% 40% 20% 85,1 59,2 91,5 72,0 55,3 91,6 51,5 Kompost Klärschlamm Wirtschaftsdünger 0% Cd Cr Cu Ni Pb Zn Hg
Zeitspanne (Jahre) für die messbare Anhebung der Schwermetallgehalte bei Düngung mit Klärschlamm und Kompost nach dem P-Pflanzenbedarf (25 kg P/ha und Jahr) in Thüringen (Basis: mittl. Schwermetallgehalte der Thür. Klärschlämme und Komposte) Schwermetall minim., analyt. noch erfass-bare Anhebung der Bodenge-halte mg/kg Boden Zeitdauer (Jahre) für die messbare Anhebung Klärschlamm Kompost Pb 1 45 10 Cd 0,02 48 27 Cr 1 56 19 Cu 1 15 10 Ni 1 99 29 Hg 0,002 6 7 Zn 2 7 5
Risikobetrachtung organische Schadstoffe in Klärschlämmen
Kategorien organischer Schadstoffe: Flüchtige Verbindungen in Schlämmen und mit Schlämmen behandelten Böden, die sich in der Athmosphäre schnell verflüchtigen Verbindungen, die durch Mikroorganismen schnell mineralisiert werden und nur eine geringe oder keine Persistenz aufweisen Persistente Verbindungen, die vom Schlamm und der bodenorganischen Matrix stark adsorbiert werden
Organische Schadstoffe - Polychlorierte Dibenzodioxine/ - furane (PCDD/DF) - Polychlorierte Biphenyle (PCB) - Polycyclische Aromatische Kohlenwasserstoffe (PAK) - Persistent im Boden; - Anwendung verboten - rückläufige Gehalte im Klärschlamm - Bedeutung als Hauptschadstoffe gesunken - Di-(2-ethylhexyl)phthalat (DEHP/ Weichmacher) - Nonylphenol (NPE/ Tensid) - Lineare Alkylbenzolsulfonate (LAS/ Tensid) - aus Verwendung oberflächenbehandelter Plastik; - ca. 70 % des Eintrags aus Haushalten - endokrin wirksam - waschaktive Substanzen; - numerischer Hauptanteil der Schadstoffe - endokrin wirksam
Pharmaka z. B. Hormone - 17a-Ethinylöstradiol (synth.östrogen) - 17-Östradiol (natürliches Östrogen) In aquatischen Systemen mit hoher Wirkung; Wirkung im Boden weitgehend ungeklärt; Antibiotika, Zytostatika, Lipidsenker BSE-Problematik - Potentieller Infektionspfad Boden/Pflanze unwahrscheinlich; - Infektiosität bodenbürtiger Prionen ist gering; - kein epidemiologisches Risiko durch Klärschlammverwertung nachgewiesen
Vorgeschlagene Grenzwerte für organische Schadstoffe in Klärschlämmen im EU-Arbeitsdokument (3. Entwurf) und typische, in Schlämmen auftretende Konzentrationen (Alle mg/kg TM außer PCDD/F hier: ng TEQ/kg TM) Schadstoffe EU-Arbeitsdokument, Klärschhlämmen Typische Konzentrationen in 3. Entwurf allgemein Deutschland LAS 2600 60...18800 - DEHP 100 90 20...60 NP und NPE 50 250...820 (GB) 60...120 PAK 6 18...60 0,1...0,6 PCB 0,80 0,04...0,156 0,01...0,04 PCDD/F 100 20...225 15...45 nach SMITH, S. R. ((2002): Im EU-Arbeitsdokument Klärschlämme diskutierte Grenzwerte für persistente organische Schadstoffe.- in: Landwirtschaftliche Verwertung von Klärschlamm, Gülle und anderen Düngern unter Berücksichtigung des Umwelt- und Verbraucherschutzes; KTBL-Schrift 404
Alternativen zur landwirtschaftlichen Verwertung Deponierung (gemäß TASI ab 2005 nicht mehr zulässig) P-Rückgewinnung aus Klärschlamm (technisch sehr aufwändig; noch nicht rentabel) Thermische Verwertung: - Verzicht auf eine der Quellen des begrenzt zur Verfügung stehenden Phosphors - Kostensteigerung gegenüber der landwirtsch. Verwertung um den Faktor 2,2 (landw. Verwertung ca. 195 /t TM; Verbrennung ca. 435 /t TM)
Pro und Kontra der landwirtschaftlichen Klärschlammverwertung
Kontra Klärschlämme enthalten bekannte und möglicherweise bisher unbekannte Schadstoffe Schwermetalle in Klärschlämmen erhöhen deren Gehalte im Boden. Besorgnis der Öffentlichkeit zum Transfer von Schadstoffen in die Nahrungskette auf klärschlammgedüngten Nutzflächen Pro Bekannte Schadstoffe sind/werden durch Grenzwerte reglementiert. Nach wiss. Prüfung von 44 relevanten Schadstoffen besteht keine Notwendigkeit zur Einstellung der landwirtsch. Klärschlammverwertung. Die Schwermetallfracht wird durch weitere Verschärfung der Grenzwerte verringert. Durch eine zukünftig einheitliche Frachtenregelung ist Klärschlamm diesbezüglich gleichwertig zu den anderen Düngestoffen zu beurteilen. Die ökotoxikologische Relevanz ist für das System Boden-Pflanze-Tier/Mensch nicht nachgewiesen. Bisherige Erkenntnisse deuten darauf hin, dass der Transfer organischer Schadstoffe über den Boden nicht bedeutsam ist.
Kontra Pro Restriktionen der Abnahmeverträge Abnahmeverträge durch die abnehmende Hand mit Auflagen zur Nichtverwendung von Klärschlamm behindern die rechtlich zulässige Klärschlammverwertung entbehren der sachlichen Notwendigkeit, da Berufung auf potentielle, bisher nicht nachgewiesene Risiken dienen der Erlangung von Marktvorteilen fördern geringe öffentliche Akzeptanz der landwirtschaftlichen Klärschlammverwertung
Kontra Pro Die im Klärschlamm enthaltenen Nährstoffe sind in Thüringen mengenmäßig von geringer Bedeutung (0,1...3,6 % des Nährstoffdüngebedarfs ) Klärschlamm ist für den anwendenden Landwirt eine wesentliche Nährstoffquelle mit monetärem Düngewert von jährlich rd. 50 /ha Klärschlamm kann thermisch verwertet werden, wobei die schadstoffhaltigen Aschen entsorgt werden müssen. Die Abwasserbehandlungsanlagen werden bei thermischer Verwertung zu erheblichen Investitionen gezwungen, wobei die kleineren Anlagen mit höheren Investitionskosten und Kostensteigerungen rechnen müssen. Die Umstellung auf die thermische Verwertung wird die Kosten gegenüber der landwirtschaftlichen Verwertung mit einem Faktor von etwa 2,2 erhöhen.
Kontra Pro Es gibt technische Verfahren, mit denen man die Nährstoffe insbesondere P aus dem Klärschlamm rückgewinnen kann. P-Eliminierung ist derzeit keine Alternative, da: entsprechende Verfahren noch in der Erprobung sind die P-Rückgewinnung aus Klärschlamm technisch sehr aufwändig ist sie den rückgewonnenen P gegenüber P aus Mineraldüngern verteuert Derzeitige Grenzwerte für Schadstoffe lassen noch eine relativ große Spanne in der Qualität der Klärschlämme zu. Aufbau einer Gütesicherung schafft die Grundlagen, dass schadstoffarme Klärschlämme landwirtschaftlich verwertet werden
Kontra Pro Die Ökobilanz der Klärschlammverwertungswege hat am Beispiel von NRW einen überwiegenden Vorteil der Verbrennung gegenüber der landwirtschaftlichen Verwertung ergeben. Die Bilanz basiert auf dem (bisher nicht fundiert nachgewiesenen) ökotoxikologischen Risiko der Schadstoffe. Eine Schlussfolgerung der Ökobilanz ist, aufgrund des Nährstoffrecyclings und der Schonung der P-Ressourcen, Klärschlämme mit niedrigen Schadstoffgehalten weiterhin landwirtschaftlch zu verwerten. Ein nationales Verwendungsverbot für Klärschlämme ist nach EU-Recht im Prinzip möglich. Dazu ist allerdings eine hinreichend begründete Verdachtslage hinsichtlich der aus einer fortgesetzten Verwendung drohenden Gefahren für Mensch und Umwelt nachzuweisen. Ein nationales Verwendungsverbot (für die Ausbringung deutschen Klärschlamms auf deutsche Nutzflächen) würde wahrscheinlich den ökologisch bedenklichen Abfalltourismus über teilweise große Entfernungen fördern.